《深部動壓擾動下煤體致裂誘沖機制的試驗研究》是依託中國礦業大學，由曹安業擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：深部動壓擾動下煤體致裂誘沖機制的試驗研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：曹安業
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
受高應力與頂板破斷、工程爆破等強擾動的耦合作用，深井衝擊礦壓事故的頻度與危害性愈發嚴重，其觸發機制、動力回響等也更為複雜，極大制約了其預警的準確率與防治的有效性。.本項目採用實驗室試驗、理論分析等手段，通過研究動壓擾動下煤體的孕沖條件、多場量特徵等來揭示其致裂誘沖機理。基於動、靜組合載入下煤體特性試驗與參量監測，研究動壓擾動下不同受載煤體衝擊失穩的臨界動載，確定動壓擾動對煤體的衝擊觸發條件；建立煤體破裂AE源矩張量反演模型，研究動壓擾動下不同受載煤體裂隙場擴展特徵及巨觀失穩模式，揭示震源機制差異；建立聲波波速CT反演模型，研究不同動、靜耦合載入過程中煤體聲波波速場時空分布；並通過波速場與裂隙場、能量場等場量的耦合特徵分析，研究動壓擾動下煤體聲波波速與能量積聚特徵之間的相關性，構建動壓擾動下受載煤體的衝擊危險評價模型，為預測及弱化控制深部衝擊動力災害提供支撐。
結題摘要
項目採用實驗室試驗、理論分析、數值模擬等研究方法，基於不同動、靜及組合載入的模擬、室內試驗及聲發射（AE）源、應力等地球物理與力學參量的實時監測與分析，系統研究動壓擾動下受載煤岩體的動力回響特徵與誘沖致災機理。 開展不同動靜載疊加下煤體動力學回響的模擬試驗研究，得出不同受載階段煤體對於動載峰值動力學回響靈敏度不同，深部煤體承受靜載越大，對動載的動力學回響靈敏度較高，誘發煤體衝擊破壞的最小動載荷值隨靜載增加呈負冪函式減小。 試驗研究動、靜及組合載入作用下煤岩損傷演化與AE參量回響特徵。得出隨著載入速率增加，試樣極限強度提升，對應的應變值降低，載入速率與AE累計撞擊數、事件數、振鈴數之間具有顯著的負冪函式關係，相反，載入速率越高，AE平均能量越高。動靜組合載入過程中，首次動載作用時AE信息急劇增加，隨著動載循環次數增加，AE振鈴產生速率保持穩定，動載持續載入後中，AE信息急劇增加。相同靜載條件下，隨著動載載荷增加，大能量AE事件明顯增多。 基於AE振鈴計數，建立煤岩受載的內部損傷模型，提出基於AE振鈴的岩石損傷應力-應變本構模型。分析煤岩失穩的AE前兆信息特徵，得出AE平均幅值、Ib值、r值一定程度上均可反映試樣內部微破裂演化過程，其中r值的異常前兆信息更為突出。 建立煤岩受載過程中AE源矩張量與P、S波位移場的關係模型，建立AE源矩張量分解模型，將矩張量矩陣分解為震源體積變形、軸向拉伸破裂及剪下破裂三部分。以此，分析動、靜載及組合作用下煤岩微破裂的震源機制差異。得出不同載入模式下，煤岩體內拉伸、剪下與混合破裂模式同步快速增加，且拉張破裂占大多數；隨著載入速率增加，拉張破裂增幅更大，所占比例增加。載入速率提高，岩樣破裂形態由剪下破壞轉變為豎向劈裂與爆裂破壞。動靜組合載入下岩樣巨觀破裂主要以柱狀劈裂為主。 將AE與CT成像技術相結合，利用煤岩受載期間的AE事件作為初始數據進行CT反演，得到試樣在各載入階段的“波速場”分布圖像，探究煤岩體內部破裂演化特徵。得出波速異常區面積隨載荷增加而逐漸擴大並形成貫通，試樣巨觀破裂位置與波速異常豐富區具有良好對應關係。 以此，總結動、靜及組合作用下煤岩損傷與衝擊破壞形式，得出動載作用下煤岩可表現為損傷加劇、結構面解鎖滑移、自由面反射拉應力等衝擊失穩現象。綜合考慮煤岩系統的應力、能量、物性及時間等因素，建立動靜組合作用下的煤岩衝擊判別準則。
